1、实验八 霍尔效应测量磁场 第 1 页 / 共 3 页 梧州学院学生实验报告 专业班级：专业班级： 学号：学号： 姓名：姓名： 成绩：成绩： 实验课程：实验课程：大学大学物理实验物理实验 实验名称：实验名称：实验八实验八 霍尔效应测量磁场霍尔效应测量磁场 实验组号：实验组号： 同组成员：同组成员： 实验地点：普通物理实验地点：普通物理实验实验室二室二 实验时间：实验时间： 指导教师：指导教师： 实验目的实验目的：1学习利用霍尔效应测量磁感应强度 B 及磁场分布。 2学习用“对称测量法”消除副效应的影响，研究霍尔片的 VH-IS(霍尔电压与工作电流)关系和 VH-IM(霍尔电压与励磁电流)关系。
2、3测量直流螺线管内磁场的分布情况。 实验仪器实验仪器：DH4512 霍尔效应实验测试仪，DH4512 霍尔效应螺线管实验架(包含霍尔片) 实验原理实验原理： 1霍尔效应原理 霍尔效应从本质上是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力 的作用而引起的偏转。如图 8-1 所示，磁场 B 位于 z 的正向， 与之垂直的半导体薄片上沿 x 正向通以电流 Is(称为工作电流)， 假设载流子为电子(N 型半导体材料)。由于洛仑兹力 f L作用， 电子即向图中虚线箭头所指的位于 y 轴负方向的 B 侧偏转，并 使 B 侧形成电子积累，而相对的 A 侧形成正电荷积累。随着电 荷积累的增加，反向电场力 f E增大，当两
3、力大小相等，方向相 反时，则电子积累便达到动态平衡。这时在 A、B 两端面之间 建立的电场称为霍尔电场 EH，相应的电势差称为霍尔电势 VH。 图 8-1 ELHHffeEevBEvB (8-1) 设霍尔元件宽度为 l，厚度为 d，载流子浓度为 n，则霍尔元件的工作电流为 SInevld (8-2) 由式(8-1)、(8-2)可得： SSHHH1 I BI BVE lRne dd (8-3) 即霍尔电压 VH(A、B 间电压)与 Is、B 的乘积成正比，与霍尔元件的厚度 d 成反比，比例系数HR称为霍尔系数。 当霍尔元件的材料和厚度确定时，设： HHRlKdned (8-4) 将式(8-4)代
4、入式(8-3)得： HH SVK I B (8-5) 式(8-5)中：HK称为霍尔元件的灵敏度，它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势大小，其单位是mV/mA T。 2直流螺线管的磁场 根据毕-萨定律，对于长度为 2L，匝数为 N，半径为 R 的螺线管离开中心点 x 处的磁感强度为 (8-6) 其中 ，为真空磁导率；n= N/2L，为单位长度的匝数。本实验的螺线管的 N=1800 匝，长度 2L=181mm，半径 R=21mm。 对于“无限长”螺线管，LR，有 01/21/222222nIxLxLBRxLRxL720410 N/A实验八 霍尔效应测量磁场 第 2 页 / 共
5、3 页 0MBnI (8-7) 对于“半无限长”螺线管，在端点处有 x=L，且 LR，有 0M12BnI (8-8) 实验内容与步骤实验内容与步骤： 1 连接好螺线管实验架与测试仪之间的三组连线及一根控制线。 测试仪面板上的“IS输出”、 “IM输出”和“VH输入”三对接线柱应分别与螺线管实验架上的三对相应的接线柱“IS输入”、“IM输入”和“VH输出”正确连接(红-红，黑-黑)。双芯插头的控制连接线一端与测试仪背部的插孔相连接，另一端连接螺线管实验架上的控制电源输入(红-红，黑-黑)。 2先将 IS、IM都调零，打开电源开关，调节中间的霍尔电压表，使其显示为 0mV。若经过一段时间后由于温度
6、漂移的影响而使显示不为零，再按上述步骤重新调零。 3观察 IS、IM换向开关指示灯向下亮时，表明 IS、IM均为正值；当转换开关指示灯向上亮时，表明 IS、IM为负值。 4将霍尔片移至螺线管中心，调节 IM=500mA，调节 IS=1.0mA。按表 8-1 中 IS、IM正负情况切换“实验架”上的方向，使用“对称测量法”消除副效应的影响，分别测量霍尔电压 VH值(V1，V2，V3，V4)填入表8-1 中。以后 IS每次递增 1.0mA，各测量一次 V1，V2，V3，V4值并填入表 8-1 中，利用式(8-5)计算出螺线管中心处磁感强度 B，并和由式(8-7)计算出螺线管磁感强度 B理相比较。
7、5先将 IS、IM调零，调节 Is 至 3.00mA。调节 IM=100、200、500mA(间隔为 100mA)，分别测量霍尔电压 VH值填入表 8-2 中(同以上步骤)。根据表 8-2 中所测得的数据，画出 VH-IM曲线。 6先将 IS、IM调零，调节 IS至 3.00mA，调节 IM=300mA。将霍尔片从螺线管中心位置逐渐向外移动，每移动 1cm 读一次电压 VH值填入表 8-3 中，直至霍尔片移动到螺线管管口处。利用式(8-5)计算出螺线管内各处相应的磁感强度 B，并画出螺线管内磁场分布图(即 B-x 曲线)。 实验数据记录与处理实验数据记录与处理： 表 8-1 霍尔电压 VH与工
8、作电流 IS的关系(IM =500mA) 霍尔片灵敏度HK mV/mA T IS (mA) V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) 1234H4VVVVV(mV) HH SVBK I(T) +IS +IM +IS -IM -IS -IM -IS +IM 1.00 2.00 3.00 平均值 “无限长”螺线管：0M TBnI理 表 8-2 霍尔电压 VH与励磁电流 IM 的关系( IS =3.00mA) IM(mA) V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) 1234H4VVVVV(mV) +IS +IM +IS -IM -IS -IM -IS +IM 100 20
9、0 300 400 500 表 8-3 螺线管内磁场分布 (IM =300mA，IS =3.00mA) 霍尔片灵敏度HK mV/mA T 实验八 霍尔效应测量磁场 第 3 页 / 共 3 页 移动 距离 x (cm) V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) 1234H4VVVVV(mV) HH SVBK I(T) +IS +IM +IS -IM -IS -IM -IS +IM 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 1.霍尔电压 VH与励磁电流 IM 曲线： 2.螺线管内磁场分布图： 实验分析实验分析与总结与总结： 实验注意事项实验注意事项： 1仪器的连线要严格按照要求进行，否则易损坏仪器。霍尔片性脆易碎、电极易断，严禁用手触摸。 2仪器开机和关机前，应将“IS调节”和“IM调节”旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于 0。 3为了不使通电线圈过热而受到损害，要求在短时间内通过励磁电流 IM，并读取有关数据，其余时间断开励磁电流 IM。 4移动尺调节到两端停止移动后，不可继续调节，以免因错位而损坏移动尺。
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